หินทอร์ริโดเนียน ลำดับหินตะกอนยุคโปรเทอโรโซอิกในสกอตแลนด์

หินทอร์ริโดเนียน (Torridonian) เป็นชื่อเรียกอย่างไม่เป็นทางการของลำดับหินตะกอนที่เกิดขึ้นในช่วงยุคเมโซโปรเทอโรโซอิก (Mesoproterozoic) ถึงนีโอโปรเทอโรโซอิก (Neoproterozoic) โดยปรากฏเป็นแถบหินตามแนวชายฝั่งตะวันตกเฉียงเหนือของประเทศสกอตแลนด์ และบางส่วนของหมู่เกาะอินเนอร์เฮบริดีส (Inner Hebrides) ตั้งแต่เกาะมัลล์ (Isle of Mull) ทางทิศตะวันตกเฉียงใต้ ไปจนถึงเคปแรธ (Cape Wrath) ทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือ

ในทางธรณีวิทยา หินกลุ่มนี้วางตัวอยู่บนหินฐาน (Basement rocks) ของกลุ่มหินลูอิเซียน (Lewisian complex) ซึ่งมีอายุตั้งแต่ยุคอาร์เคียน (Archaean) ถึงพาลีโอโปรเทอโรโซอิก (Paleoproterozoic) โดยมีลักษณะการวางตัวแบบไม่ต่อเนื่อง (Unconformity) และด้านบนถูกทับด้วยหินกลุ่มอาร์ดวเร็ค (Ardvreck Group) จากยุคแคมเบรียน (Cambrian) ถึงออร์โดวิเชียนตอนล่าง (Lower Ordovician) เช่นกัน

ประวัติการศึกษาและวิจัย

ในช่วงแรก จอห์น แมคคัลลอค (John MacCulloch) ได้จัดทำแผนที่หินชุดนี้ในฐานะหน่วยหินหนึ่ง โดยในตอนแรกสันนิษฐานว่าเป็นส่วนหนึ่งของหินทรายสีแดงเก่า (Old Red Sandstone) ต่อมาในปี ค.ศ. 1866 เจมส์ นิโคล (James Nicol) ได้นำเสนอชื่อ "หินทรายทอร์ริโดน" (Torridon Sandstone) และในปี ค.ศ. 1892 การสำรวจทางธรณีวิทยาได้ย่อชื่อเหลือเพียง "ทอร์ริโดเนียน" (Torridonian)

ในปี ค.ศ. 1893 ได้มีการแบ่งหินทอร์ริโดเนียนออกเป็น 4 หน่วย ได้แก่ กลุ่มไดอาเบก (Diabaig), แอปเปิลครอส (Applecross), ออลต์บี (Aultbea) และไคลเลียคเฮด (Cailleach Head) ซึ่งปัจจุบันกลายเป็นชื่อของชั้นหิน (Formations) ภายในกลุ่มหินทอร์ริโดน (Torridon Group) ต่อมามีการค้นพบฟอสซิลยุคแคมเบรียนตอนล่างในชั้นหินที่อยู่เหนือรอยไม่ต่อเนื่อง ซึ่งเป็นหลักฐานสำคัญที่ชี้ว่าหินทอร์ริโดเนียนมีอายุอยู่ในยุคพรีแคมเบรียน (Precambrian)

การศึกษาเชิงลึกเกิดขึ้นอีกครั้งในช่วงทศวรรษ 1950 โดยเอ็ดเวิร์ด เออร์วิง (Edward Irving) และคีธ รันคอร์น (Keith Runcorn) ซึ่งใช้การหาทิศทางขั้วแม่เหล็กโลกโบราณ (Paleomagnetic pole directions) และพบการเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญระหว่างกลุ่มหินไดอาเบก (ซึ่งปัจจุบันจัดอยู่ในกลุ่มหินสโตเออร์) และกลุ่มหินทอร์ริโดนที่วางทับอยู่ด้านบน ต่อมาในปี ค.ศ. 1969 แซนดี้ สจวร์ต (Sandy Stewart) ได้แบ่งกลุ่มหินทอร์ริโดเนียนตามระบบที่ใช้ในปัจจุบัน และระบุถึงรอยไม่ต่อเนื่องเชิงมุม (Angular unconformity) ขนาดใหญ่ระหว่างกลุ่มหินสโตเออร์ (Stoer Group) และกลุ่มหินทอร์ริโดน

การกำหนดอายุทางธรณีวิทยา

อายุของหินทอร์ริโดเนียนส่วนใหญ่และกลุ่มหินสโตเออร์ ถูกกำหนดโดยช่วงเวลาที่อยู่ระหว่างหินฐานลูอิเซียนที่อายุน้อยที่สุด (ประมาณ 1,100 ล้านปี) และฟอสซิลที่เก่าแก่ที่สุดในกลุ่มหินอาร์ดวเร็ค (ประมาณ 544 ล้านปี) การหาอายุโดยตรงมีข้อมูลจำกัด ดังนี้:

• กลุ่มหินสโตเออร์: การหาอายุด้วยวิธี Pb-Pb จากหินปูน ให้ค่าประมาณ 1,199 ± 70 ล้านปี และการหาอายุ Ar-Ar จากชั้นเถ้าภูเขาไฟ Stac Fada Member ให้ค่าประมาณ 1,177 ± 5 ล้านปี
• ชั้นหินไดอาเบก (Diabaig Formation): การหาอายุด้วยวิธี Rb-Sr และ Pb-Pb จากก้อนแร่ฟอสเฟต ให้ค่าประมาณ 994 ± 48 ล้านปี และ 951 ± 120 ล้านปี ตามลำดับ

สภาพแวดล้อมการสะสมตัว

ในอดีตมีการตีความว่าทั้งกลุ่มหินสโตเออร์และกลุ่มหินทอร์ริโดนสะสมตัวในสภาพแวดล้อมแบบแอ่งทรุดตัว (Rift setting) โดยมีข้อมูลจากข้อมูลการสะท้อนของคลื่นไหวสะเทือน (Seismic reflection data) ในบริเวณเดอะมินช์ (The Minch) ที่ชี้ว่ารอยเลื่อนมินช์ (Minch Fault) มีการเคลื่อนไหวตลอดช่วงการสะสมตัวของกลุ่มหินทอร์ริโดน ซึ่งสอดคล้องกับวัสดุตะกอนกรวดที่มาจากทิศตะวันตกในชั้นหินแอปเปิลครอส

อย่างไรก็ตาม งานวิจัยในระยะหลังเสนอว่า แม้กลุ่มหินสโตเออร์และกลุ่มหินสเลียต (Sleat Group) จะสะสมตัวในแอ่งทรุดตัว แต่ขนาดและความต่อเนื่องของกลุ่มหินทอร์ริโดน โดยเฉพาะชั้นหินแอปเปิลครอสและออลต์บี มีลักษณะสอดคล้องกับแอ่งหน้าเขา (Foreland basin) ประเภทโมลาส (Molasse) ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับเหตุการณ์การสร้างภูเขาเกรนวิลล์ (Grenville Orogeny)

การปรับปรุงลำดับชั้นหิน

นักธรณีวิทยาได้ใช้การวิเคราะห์อายุของเซอร์คอน (Detrital zircon geochronology) เพื่อทดสอบความสัมพันธ์ระหว่างหินทอร์ริโดเนียนและลำดับหินมอยน์ (Moine sequence) พบว่ากลุ่มหินโมราร์ (Morar Group) ของหินมอยน์มีลักษณะอายุของเซอร์คอนคล้ายคลึงกับกลุ่มหินทอร์ริโดน และทั้งคู่มีประชากรเซอร์คอนที่อายุน้อยที่สุดสอดคล้องกับเหตุการณ์การสร้างภูเขาเกรนวิลล์

ภายใต้โครงสร้างลำดับชั้นหินที่ปรับปรุงใหม่ หินในยุคโปรเทอโรโซอิกของไฮแลนด์ถูกจัดกลุ่มดังนี้:

• กลุ่มหินสโตเออร์ (Stoer Group): เป็นลำดับหินแยกต่างหากที่สะสมตัวก่อนเหตุการณ์การสร้างภูเขาเกรนวิลล์ และไม่มีหน่วยหินที่เทียบเคียงได้ในสกอตแลนด์
• ซูเปอร์กลุ่มหินเวสเตอร์รอส (Wester Ross Supergroup): ประกอบด้วยกลุ่มหินทอร์ริโดน, กลุ่มหินสเลียต, กลุ่มหินไอโอนา (Iona), กลุ่มหินทาร์สคาวิก (Tarskavaig) และกลุ่มหินในเชตแลนด์
• ซูเปอร์กลุ่มหินลอคเนส (Loch Ness Supergroup): สะสมตัวหลังเหตุการณ์การสร้างภูเขาเรนแลนเดียน (Renlandian Orogeny) ประกอบด้วยกลุ่มหินเกลนฟินแนน (Glenfinnan), ลอคเอล (Loch Eil) และเบเดนอค (Badenoch)